第二章 塑性成形技术
※塑性成形技术：
利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。
※主要应用：
1）生产各种金属型材、板材和线材；
2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆等；
※塑性成形特点：
1）产品力学性能优于铸件和切削加工件；
2）材料利用率高，生产率高；
3）产品形状不能太复杂；
4）易实现机械化、自动化
※分类：
1）轧制
2）挤压
3）拉拔
4）锻压：a锻造（自由锻，模锻）。b 冲压
第一节 金属塑性成形的物理基础
一、塑性变形的实质
● 宏观：外力，弹性变形，塑性变形（分切应力作用）
● 微观（晶体内部）：位错滑移和孪晶
● 多晶体：晶粒变形、晶界滑移、晶粒转动
二、塑性变形的分类
●冷塑性变形：低于再结晶温度以下时发生的变形
钨的再结晶温度在1200度。
●热塑性变形：高于再结晶温度以上时发生的变形
铅、锡等金属再结晶温度在零度以下。
三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
产生加工硬化：随着变形程度的提高，金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。
原因：位错密度提高，亚结构细化
2. 产生内应力：变形开裂，抗腐蚀性能降低，采用去应力退火进行消除。
3. 晶粒拉长或破碎，可能产生各向异性的塑性变形→晶格畸变→
加工硬化→内能上升（不稳定）→加热→原子活力上升→
晶格重组→内能下降（温度低时，回复。温度高时，再结晶）
四、热塑性变形对金属组织和性能的影响
一）、五种形态：静态回复；静态再结晶；动态回复；动态再结晶；亚动态再结晶
1、静态回复、静态再结晶：变形之后，利用热变形后的余热进行，不需要重新加热。
2、动态回复、动态再结晶：热变形过程中发生的。
3、亚动态再结晶：动态再结晶进行的热变形过程中，终止热变形后，前面发生的动态再结晶未完成而遗留下来的，将继续进行无孕育期的再结晶。
二）、热变形对金属组织和性能的影响
1. 使铸锭或毛坯中的气孔和疏松焊合，晶粒细化，改善夹杂物和第二相等形态和分布，偏析部分消除，使材料成分均匀。
2. 使铸态金属中的各种偏析、第二相和夹杂物等沿变形方向延伸，形成条状的纤维组织，使材料的塑性和冲击韧性增加。
3. 热变形中各个相或晶内偏析沿变形方向伸长成带条状，冷却时形成带状组织，使材料的横向塑性和韧性降低。
4. 细化晶粒。
五、金属的可锻性
可锻性：金属经过压力加工时，获得优质制品的难易程度。
衡量标准：①金属的塑性：塑性越小，可锻性越好
②变形抗力：变形抗力越小，可锻性越好
1、影响可锻性的因素：金属本质、加工条件
★金属本质：面心＞体心＞密排六方
★化学成分：纯金属＞合金，碳钢＞合金钢，低碳钢＞高碳钢
★金属的组织：相的组织及分布：固溶体＞机械混合物＞化合物
晶粒大小：等轴晶＞柱状晶；细晶粒＞粗晶粒 加热条件：
变形温度↑ →塑性↑ 变形抗力↓ →可锻性↑
变形速度↑ →加工硬化→塑性↓ 变形抗力↓ →可锻性↓
第二节 金属的体积成形方法
使金属材料在三维空间的三个方向上都发生变形的塑性成形方法
一、锻造：
●概念：利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定力学性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。
锻件的力学性能一般优于铸件。
●分类：
1). 作用力来源：手工锻造和机械锻造
2). 锻造温度：热锻（再结晶温度以上）、温锻（回复和再结晶温度之间）和冷锻（回复温度以下）。
3). 工艺特点：自由锻和模锻
★自由锻：在砧块之间成形
★模锻：在模锻设备上用模具成形
★自由锻特点：
☆设备、工具简单，生产率低
☆锻件精度低，光洁度差
☆通用性强，单件也能生产
☆只能锻形状简单的零件
★模锻特点：
☆设备、工具复杂，生产率高
☆锻件精度高，光洁度好
☆只适合大批量生产
☆能够锻形状复杂的零件
自由锻可锻零件的重量为1kg-300T,模锻可锻重量0.5-150kg。
一）、自由锻
定义：利用冲击力或压力使金属在上下两个砧铁之间变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。
变形特点：沿变形方向可以自由流动。
1.自由锻设备
锻锤：依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。
液压机：依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。
2. 自由锻工序
基本工序：墩粗、拔长、冲孔、扩孔等。
辅助工序：压钳口、倒棱、压肩等。
精整工序：校正、滚圆等。
1）镦粗
☆ 定义：使坯料高度减小，截面积增大的工序。
☆ 适合范围：块状和盘类。
☆ 分类：平粘墩粗、局部镦粗、带尾稍镦粗、展平镦粗
A区变形程度最小：1）砧块与金属摩擦；2）温度下降最快，变形抗力大。 B区变形程度最大。
C区变形程度介于A和B之间。
墩粗失稳：双鼓形和纵向弯曲
圆柱体坯料的高度与直径比≤2.5-3；
平行六面体高度与较小边比＜3.5-4.
2）拔长
☆定义：垂直工件的轴向进行锻打，使其截面减小而长度增加。局部加载，局部受力，局部变形。
☆ 分类：矩形截面坯料的拔长、圆形截面坯料的拔长和空心坯料的拔长 ★ 矩形截面坯料的拔长：
★ 圆形截面坯料的拔长：
加载初期：接触面为一条线，横向阻力小，金属向两侧流动，轴向流动量很小。
1）加载初期：接触面为一条线，随后扩大，ABC先变形。
2）当接触面加大时，由于坯料和工具的摩擦，及温度的下降，变形抗力增加，ABC成为变形困难区。
3）金属沿着与AB和BC垂直的方向将应力传递给其他部位金属，坯料中心收到合力作用，但合应力小于上下两端的压应力，变形集中在上下两部分，轴心变形很小。
★ 空心坯料的拔长
减小空心坯料外径而增加其长度，一般叫芯轴拔长。
A区：直接受力区，产生轴向和切向流动。
轴向流动时借助外端金属拉着B区金属沿轴向被拉长。
切向流动时受外端金属阻碍，阻碍越大，越容易沿轴向流动。
B区：间接受力区，在A区金属的流动带动下沿轴向被拉长。
3). 冲孔
☆定义：坯料上锻出通孔或盲口的工序。局部加载，整体受力，整体变形。 ☆适用范围：空心工件，如齿轮、圆环和套筒等。
空心冲头冲孔：1）减少B区金属切向拉应力
2）去除坯料中心部分质量不好的金属。
4). 扩孔
☆ 定义：减小空心坯料壁厚而增加其内、外径，以芯轴代替下砧的锻造工序。
☆ 适用范围：环类零件。
☆ 分类：冲子扩孔、芯轴扩孔、辗压扩孔等。
5). 弯曲
☆定义：将坯料弯成所规定外形的锻造工序。
二）、模锻
☆ 定义：金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形而获得锻件的工艺方法。
☆ 模锻与自由锻比较：
1）生产率高。生产率比自由锻高3-4倍。
2）锻件尺寸精确，表面光滑，加工余量小，节约材料和切削成本。
3）成形靠模膛控制，可锻造形状复杂的锻件。
4）操作简便，生产过程易于机械化，自动化。
5）成本高，周期长，适合大批量生产。
☆ 变形特点：模膛内变形，流动受模壁限制。
☆ 分类：开始模锻、闭式模锻（模膛内金属流动的特点）
1.开式模锻
☆ 定义：变形金属的流动不完全受模膛限制的一种锻造方法。
存在飞边，多余金属沿飞边流出。
☆ 开式模锻过程：自由墩粗阶段、形成飞边阶段、充满模膛阶段和打
靠阶段。
2. 闭式模锻
☆定义：锻造工序在闭式模具中进行，锻模不设飞边槽。
☆ 闭式模锻过程：自由墩粗阶段、充满模膛阶段和结束阶段。
第一阶段：坯料与上模膛表面接触开始到与模膛最宽处侧壁接触为止。金属充满模膛最易充满的位置。
第二阶段：金属与模膛最宽处侧壁接触开始到金属完全充满模膛为止。随着坯料变形的增大，模壁的侧向压力增大，直到模膛完全充满。
第三阶段：多余金属被挤出至上下模的间隙中形成少量纵向毛刺，锻件达到预定高度。
☆ 闭式模锻特点：凸凹模间间隙的方向与模具运动方向平行，间隙很小，金属流入间隙的阻力较大，有利于金属充满模膛。
☆ 闭式模锻与开式模锻相比：
1）减少切边材料损耗；
2）节省切边设备；
3）有利于金属充满模膛进行精密模锻；
4）金属处于明显的三向压应力状态，有利于低塑性材料的成形。
二、挤压
☆ 定义：金属坯料在三个方向的不均匀压应力的作用下，从模具的孔口或缝隙中挤压或流入模膛内，使其截面积减小，长度增加，以获得所需尺寸和形状的制品的加工方法。
☆ 分类：根据金属流动方向与冲头运动方向分为正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。
1. 正挤压：坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向一致。
2. 反挤压：坯料沿凸模与凹模之间的间隙流出，流出方向与凸模运动方向相反，挤压空心件。
3. 复合挤压：坯料的一部分的流动方向与凸模运动方向相同，另一部分的流动方向与凸模的运动方向相反。
4. 径向挤压：金属流出凹模孔口时的流动方向与凸模的运动方向相垂直。
三、拉拔
☆ 定义：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料截面的模孔中拉出，使其截面面积减小而长度增加的方法。
☆ 适用范围：线材、棒材、管材等。
☆ 分类：线材拉拔和管材拉拔。
1、线材拉拔：
1）采用模具的线材拉拔； 2）无模具的线材拉拔
2.、管材拉拔：固定芯头拉拔、浮动芯头拉拔、硬质芯模拉拔、可变形芯模拉拔和无芯模拉拔
固定芯头拉拔：
优点：减小筒坯直径，管材壁厚，提高管材内壁的表面质量和尺寸精度。 缺点：导致高的拉拔应力和较低的拉拔极限。
浮动芯头拉拔：
优点：具有更高的生产率，能够制造更长的管材。
缺点：芯头和筒壁件的摩擦很重要，当摩擦系数小于某一临界值时，芯头无支撑作用；当摩擦系数大于某一临界值时，拉拔应力增加，导致管材断裂。 硬质芯模拉拔：芯模与管材同步，芯模与筒壁之间的摩擦可以忽略，减少拉拔应力。使管材具有良好的同轴度和均匀的壁厚。
可变形芯模拉拔：生产小直径长薄壁管材的唯一手段。
无芯模拉拔：拉拔应力比较低，但壁厚不能减小，只能减小筒坯内外径。
四、 轧制
定义：具有一定塑性的金属或其他材料强行通过轧辊而成形的加工工艺
第三节 板料塑性成形方法
☆ 板料塑性成形：借助于常规或专用冲压设备的动力，使坯料在模具里经分离或变形，从而获得具有一定尺寸、形状和性能的产品零件的生产技术，也称冲压。 ☆ 分类：冷冲压（常温下进行，厚度＜8mm的板材）
热冲压（加热下进行，厚度＞8mm的板材）
☆ 冲压设备：剪床（下料）或冲床
剪床为冲床备料，将板料切成条料。
☆ 冲压生产的特点
※薄壁复杂零件，废料少
※零件精度高，粗糙度低，质量稳定，互换性好
※具有形变强化作用，零件强度、刚度好
※设备自动化程度高，操作简单，生产率高，零件成本低
☆ 缺点：冲压模具结构复杂，制造成本高，只适合大批量生产。
☆ 应用：广泛应用与汽车、拖拉机、飞机、导弹等。
☆冲压的基本工序：①分离工序：切断、冲裁、切口等
②变形工序：拉深、弯曲、翻边等
一、冲裁
☆定义：使坯料沿轮廓线分离的工序。
☆分类：落料、冲孔、切边、切口等。落料和冲孔应用最多。
★落料：被分离的部分为成品，而周边是废料。
★冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。
☆ 过程：1. 弹性变形 2.塑性变形 3.断裂分离
凸凹模间隙：凸凹模刃口同位尺寸缝隙的距离。
☆影响冲裁分离面质量：间隙合理，凸凹模刃口冲裁产生的裂纹重合，工件断面光洁，毛刺少
☆影响冲裁件尺寸精度、模具寿命和卸料力、推件力、冲裁力
●间隙大：冲裁件尺寸精度低
●间隙小：卸料力、推件力、冲裁力大；模具与料板的摩擦严重，模具寿命下降。
二 、弯曲
☆ 定义：利用模具或其他工具将板料、型材或管材弯成具有一定角度和圆角的塑性成形技术。
☆ 过程 见课本图2.67
☆ 最小弯曲半径 r=(0.25-1)t
☆ 弯曲时的回弹
定义：材料弯曲变形后，由于弹性变形的恢复，将使弯曲件的角度和弯曲半径与模具的尺寸和形状不一致的现象。
三、拉深
☆ 定义：利用模具将冲裁后得到的平板坯料压制成开口的空心零件，或将已制成的开口空心件毛坯制成其他形状空心零件的一种方法。
过程见课本125图2.69
☆ 变形特点：（图见课本2.70）
第一阶段：在冲头力作用下，平板毛坯逐渐被拉入凹模中，此时，与冲头端面相接触的部分毛坯Ⅰ区在拉深过程中始终保持平面状态，基本不变形或产生少量的塑性变形，这部分起到传递力的作用。把冲头对它的作用力传递给毛坯的圆筒侧壁，而其本身是双向受拉的应力状态。
第二阶段：圆筒侧壁Ⅱ在Ⅰ区传递的轴向拉力作用下被拉入凹模内部，发生变形，它是由Ⅲ区部分转化而成的。然后这个Ⅱ区也起着力的传递作用，把Ⅰ区传递的力传到平面法兰部分的Ⅲ 区。
第三阶段：Ⅲ区在径向拉力作用下不断被拉入凹模中。
☆ 拉深系数与拉深次数（图课本2.72）
※ 拉深系数m：拉深后零件的直径d与拉深毛坯直径D之比。
拉深系数是衡量变形程度的指标：越小，拉深件直径越小，变形程度越大。 ※ 拉深次数：拉深工序的次数。不宜过多，一般为4-5次。
四、翻边（课本图2.74 2.75）
☆ 定义：成形坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定的曲线翻成竖直
边缘的冲压工序。
☆ 分类：内孔翻边和外缘翻边
第三节 锻件结构工艺性分析
1. 自由锻件的结构工艺性
1）尽量避免锥体或斜面结构
锻造具有锥体或斜面的锻件，需制造专用工具，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率。
2）避免圆柱面与圆柱面相交
两圆柱体交接处的锻造很困难，应设计成平面与圆柱或平面与平面相接，消除空间曲线结构，使锻造容易进行。
3）避免椭圆形、工字形或其他非规则形状
4）避免加强筋和凸台等辅助结构，以便于减少余块和简化锻造工序
5）复杂零件可设计成简单件的组合体，可采用锻-焊，锻-螺纹连接
2. 自由锻工艺设计：
1）根据零件图绘制锻件图；
2）确定坯料质量和尺寸；
3）确定锻造工序；
4）选择锻压设备；
5）确定锻造温度范围，加热和冷却规范；
6）填写工艺卡片等工序
1 ）根据零件图绘制锻件图（如图2.104）
锻件图是在零件图基础上，考虑敷料、机械加工余量和锻件公差等因素绘制而成。 ① 敷料：为了简化锻件形状，以便进行锻件自由锻造而增加的这部分金属。 ② 机械加工余量：锻件加工表面增加供切削加工的余量。
③ 锻件公差：锻造过程中，由于锻造温度、锻压设备等因素影响，使得锻件实际尺寸允许有一定的误差，成为锻件公差。
④ 绘制锻件图：
● 锻件外形用粗实线，尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差
● 用点划线画零件的主要轮廓，在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。
2）. 确定坯料质量
M坯=（m锻件+m芯料+m料头）（1+δ’）
m坯：锻造前的毛坯质量
m锻件：锻造后的锻件质量
m芯料：冲孔芯料损失的质量
m料头：锻件拔长端部由于不平整而切除的料头质量，与锻件拔长后的直径D或截面宽度B和高度H有关。
圆形件： m料头=（1.65~1.8）D3
矩形件：m料头=（2.2~2.36）B2H
δ’:钢料加热烧损率，第一次加热为金属质量的2%-3%，以后各次加热取
1.5%-2%。
3）. 确定坯料尺寸
V坯=m坯/ρ
如第一步为墩粗：
4）确定锻造工序（表2.5）
锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑。
一般来说，盘类锻件以墩粗为主，轴杆类锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔（大孔还要进一步扩孔），弯杆少不了弯曲.
5）选择锻压设备
锤锻和液压机两种，根据变形面积、锻件材质和变形温度等因素确定。 锻压设备的吨位可以从相关手册查到。
6）确定锻造温度
锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。
始锻温度：为提高金属的塑性，降低变形抗力，减小锻造设备的吨位。在不出现过热和过少的前提下尽量提高始锻温度，使材料具有较好的塑性和较低的变形抗力，减少锻造次数。
自由锻工艺设计示例
齿轮零件为例。
材料为45钢，生产数量为20件，小批量生产，所以采用自由锻造。
1.设计、绘制锻件图
1）确定双边余量和公差
由表可查各个部位的双边余量和公差如下：
水平方向：12±5mm
高度方向：10±4mm
内孔：14±6mm
2）确定坯料水平尺寸
① 290+ 12±5=302±5mm
② 202+12±5=214±5mm
3）确定高度尺寸
① 18+ 10±4=28±4mm
② 52+10±4=62±4mm
4）确定内孔直径
145-14±±6=131±6mm
2. 确定变形工序
采用自用墩粗→垫环局部墩粗→冲孔→冲子扩孔
3. 计算原始坯料体积和尺寸
1）计算原始坯料体积
m坯=（m锻件+m芯料+m料头）（1+δ’）
m坯=（m锻件+m芯料）（1+δ’）
v坯=（v锻件+v芯料） （1+δ’）
而由锻件图通过立方体体积公式计算得到
v锻件=3202308mm3
而冲孔模的直径为60mm，冲孔后材料厚度为13mm，所以 v芯料=πd2h/4= π ×60 ×60 ×13/4=36738mm3
而δ’=3%，
所以，
v坯=（3202308+36738）（1+3%）=3336217mm3
2）原始坯料直径D0和高度H0
坯料直径：
计算得到D0=119~149.4mm，
取
D0=130mm 计算得到 H0=251mm
4 选择锻压设备吨位
G=（0.002~0.003）KS
=28kg
所以吨位取0.25t。
5 确定锻造温度
始锻温度为1200℃，终锻温度为800 ℃.
6 填工艺卡
7 工序名称
8 修整外圆
9 修整平面
第二章 塑性成形技术
※塑性成形技术：
利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。
※主要应用：
1）生产各种金属型材、板材和线材；
2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆等；
※塑性成形特点：
1）产品力学性能优于铸件和切削加工件；
2）材料利用率高，生产率高；
3）产品形状不能太复杂；
4）易实现机械化、自动化
※分类：
1）轧制
2）挤压
3）拉拔
4）锻压：a锻造（自由锻，模锻）。b 冲压
第一节 金属塑性成形的物理基础
一、塑性变形的实质
● 宏观：外力，弹性变形，塑性变形（分切应力作用）
● 微观（晶体内部）：位错滑移和孪晶
● 多晶体：晶粒变形、晶界滑移、晶粒转动
二、塑性变形的分类
●冷塑性变形：低于再结晶温度以下时发生的变形
钨的再结晶温度在1200度。
●热塑性变形：高于再结晶温度以上时发生的变形
铅、锡等金属再结晶温度在零度以下。
三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
产生加工硬化：随着变形程度的提高，金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。
原因：位错密度提高，亚结构细化
2. 产生内应力：变形开裂，抗腐蚀性能降低，采用去应力退火进行消除。
3. 晶粒拉长或破碎，可能产生各向异性的塑性变形→晶格畸变→
加工硬化→内能上升（不稳定）→加热→原子活力上升→
晶格重组→内能下降（温度低时，回复。温度高时，再结晶）
四、热塑性变形对金属组织和性能的影响
一）、五种形态：静态回复；静态再结晶；动态回复；动态再结晶；亚动态再结晶
1、静态回复、静态再结晶：变形之后，利用热变形后的余热进行，不需要重新加热。
2、动态回复、动态再结晶：热变形过程中发生的。
3、亚动态再结晶：动态再结晶进行的热变形过程中，终止热变形后，前面发生的动态再结晶未完成而遗留下来的，将继续进行无孕育期的再结晶。
二）、热变形对金属组织和性能的影响
1. 使铸锭或毛坯中的气孔和疏松焊合，晶粒细化，改善夹杂物和第二相等形态和分布，偏析部分消除，使材料成分均匀。
2. 使铸态金属中的各种偏析、第二相和夹杂物等沿变形方向延伸，形成条状的纤维组织，使材料的塑性和冲击韧性增加。
3. 热变形中各个相或晶内偏析沿变形方向伸长成带条状，冷却时形成带状组织，使材料的横向塑性和韧性降低。
4. 细化晶粒。
五、金属的可锻性
可锻性：金属经过压力加工时，获得优质制品的难易程度。
衡量标准：①金属的塑性：塑性越小，可锻性越好
②变形抗力：变形抗力越小，可锻性越好
1、影响可锻性的因素：金属本质、加工条件
★金属本质：面心＞体心＞密排六方
★化学成分：纯金属＞合金，碳钢＞合金钢，低碳钢＞高碳钢
★金属的组织：相的组织及分布：固溶体＞机械混合物＞化合物
晶粒大小：等轴晶＞柱状晶；细晶粒＞粗晶粒 加热条件：
变形温度↑ →塑性↑ 变形抗力↓ →可锻性↑
变形速度↑ →加工硬化→塑性↓ 变形抗力↓ →可锻性↓
第二节 金属的体积成形方法
使金属材料在三维空间的三个方向上都发生变形的塑性成形方法
一、锻造：
●概念：利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定力学性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。
锻件的力学性能一般优于铸件。
●分类：
1). 作用力来源：手工锻造和机械锻造
2). 锻造温度：热锻（再结晶温度以上）、温锻（回复和再结晶温度之间）和冷锻（回复温度以下）。
3). 工艺特点：自由锻和模锻
★自由锻：在砧块之间成形
★模锻：在模锻设备上用模具成形
★自由锻特点：
☆设备、工具简单，生产率低
☆锻件精度低，光洁度差
☆通用性强，单件也能生产
☆只能锻形状简单的零件
★模锻特点：
☆设备、工具复杂，生产率高
☆锻件精度高，光洁度好
☆只适合大批量生产
☆能够锻形状复杂的零件
自由锻可锻零件的重量为1kg-300T,模锻可锻重量0.5-150kg。
一）、自由锻
定义：利用冲击力或压力使金属在上下两个砧铁之间变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。
变形特点：沿变形方向可以自由流动。
1.自由锻设备
锻锤：依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。
液压机：依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。
2. 自由锻工序
基本工序：墩粗、拔长、冲孔、扩孔等。
辅助工序：压钳口、倒棱、压肩等。
精整工序：校正、滚圆等。
1）镦粗
☆ 定义：使坯料高度减小，截面积增大的工序。
☆ 适合范围：块状和盘类。
☆ 分类：平粘墩粗、局部镦粗、带尾稍镦粗、展平镦粗
A区变形程度最小：1）砧块与金属摩擦；2）温度下降最快，变形抗力大。 B区变形程度最大。
C区变形程度介于A和B之间。
墩粗失稳：双鼓形和纵向弯曲
圆柱体坯料的高度与直径比≤2.5-3；
平行六面体高度与较小边比＜3.5-4.
2）拔长
☆定义：垂直工件的轴向进行锻打，使其截面减小而长度增加。局部加载，局部受力，局部变形。
☆ 分类：矩形截面坯料的拔长、圆形截面坯料的拔长和空心坯料的拔长 ★ 矩形截面坯料的拔长：
★ 圆形截面坯料的拔长：
加载初期：接触面为一条线，横向阻力小，金属向两侧流动，轴向流动量很小。
1）加载初期：接触面为一条线，随后扩大，ABC先变形。
2）当接触面加大时，由于坯料和工具的摩擦，及温度的下降，变形抗力增加，ABC成为变形困难区。
3）金属沿着与AB和BC垂直的方向将应力传递给其他部位金属，坯料中心收到合力作用，但合应力小于上下两端的压应力，变形集中在上下两部分，轴心变形很小。
★ 空心坯料的拔长
减小空心坯料外径而增加其长度，一般叫芯轴拔长。
A区：直接受力区，产生轴向和切向流动。
轴向流动时借助外端金属拉着B区金属沿轴向被拉长。
切向流动时受外端金属阻碍，阻碍越大，越容易沿轴向流动。
B区：间接受力区，在A区金属的流动带动下沿轴向被拉长。
3). 冲孔
☆定义：坯料上锻出通孔或盲口的工序。局部加载，整体受力，整体变形。 ☆适用范围：空心工件，如齿轮、圆环和套筒等。
空心冲头冲孔：1）减少B区金属切向拉应力
2）去除坯料中心部分质量不好的金属。
4). 扩孔
☆ 定义：减小空心坯料壁厚而增加其内、外径，以芯轴代替下砧的锻造工序。
☆ 适用范围：环类零件。
☆ 分类：冲子扩孔、芯轴扩孔、辗压扩孔等。
5). 弯曲
☆定义：将坯料弯成所规定外形的锻造工序。
二）、模锻
☆ 定义：金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形而获得锻件的工艺方法。
☆ 模锻与自由锻比较：
1）生产率高。生产率比自由锻高3-4倍。
2）锻件尺寸精确，表面光滑，加工余量小，节约材料和切削成本。
3）成形靠模膛控制，可锻造形状复杂的锻件。
4）操作简便，生产过程易于机械化，自动化。
5）成本高，周期长，适合大批量生产。
☆ 变形特点：模膛内变形，流动受模壁限制。
☆ 分类：开始模锻、闭式模锻（模膛内金属流动的特点）
1.开式模锻
☆ 定义：变形金属的流动不完全受模膛限制的一种锻造方法。
存在飞边，多余金属沿飞边流出。
☆ 开式模锻过程：自由墩粗阶段、形成飞边阶段、充满模膛阶段和打
靠阶段。
2. 闭式模锻
☆定义：锻造工序在闭式模具中进行，锻模不设飞边槽。
☆ 闭式模锻过程：自由墩粗阶段、充满模膛阶段和结束阶段。
第一阶段：坯料与上模膛表面接触开始到与模膛最宽处侧壁接触为止。金属充满模膛最易充满的位置。
第二阶段：金属与模膛最宽处侧壁接触开始到金属完全充满模膛为止。随着坯料变形的增大，模壁的侧向压力增大，直到模膛完全充满。
第三阶段：多余金属被挤出至上下模的间隙中形成少量纵向毛刺，锻件达到预定高度。
☆ 闭式模锻特点：凸凹模间间隙的方向与模具运动方向平行，间隙很小，金属流入间隙的阻力较大，有利于金属充满模膛。
☆ 闭式模锻与开式模锻相比：
1）减少切边材料损耗；
2）节省切边设备；
3）有利于金属充满模膛进行精密模锻；
4）金属处于明显的三向压应力状态，有利于低塑性材料的成形。
二、挤压
☆ 定义：金属坯料在三个方向的不均匀压应力的作用下，从模具的孔口或缝隙中挤压或流入模膛内，使其截面积减小，长度增加，以获得所需尺寸和形状的制品的加工方法。
☆ 分类：根据金属流动方向与冲头运动方向分为正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。
1. 正挤压：坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向一致。
2. 反挤压：坯料沿凸模与凹模之间的间隙流出，流出方向与凸模运动方向相反，挤压空心件。
3. 复合挤压：坯料的一部分的流动方向与凸模运动方向相同，另一部分的流动方向与凸模的运动方向相反。
4. 径向挤压：金属流出凹模孔口时的流动方向与凸模的运动方向相垂直。
三、拉拔
☆ 定义：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料截面的模孔中拉出，使其截面面积减小而长度增加的方法。
☆ 适用范围：线材、棒材、管材等。
☆ 分类：线材拉拔和管材拉拔。
1、线材拉拔：
1）采用模具的线材拉拔； 2）无模具的线材拉拔
2.、管材拉拔：固定芯头拉拔、浮动芯头拉拔、硬质芯模拉拔、可变形芯模拉拔和无芯模拉拔
固定芯头拉拔：
优点：减小筒坯直径，管材壁厚，提高管材内壁的表面质量和尺寸精度。 缺点：导致高的拉拔应力和较低的拉拔极限。
浮动芯头拉拔：
优点：具有更高的生产率，能够制造更长的管材。
缺点：芯头和筒壁件的摩擦很重要，当摩擦系数小于某一临界值时，芯头无支撑作用；当摩擦系数大于某一临界值时，拉拔应力增加，导致管材断裂。 硬质芯模拉拔：芯模与管材同步，芯模与筒壁之间的摩擦可以忽略，减少拉拔应力。使管材具有良好的同轴度和均匀的壁厚。
可变形芯模拉拔：生产小直径长薄壁管材的唯一手段。
无芯模拉拔：拉拔应力比较低，但壁厚不能减小，只能减小筒坯内外径。
四、 轧制
定义：具有一定塑性的金属或其他材料强行通过轧辊而成形的加工工艺
第三节 板料塑性成形方法
☆ 板料塑性成形：借助于常规或专用冲压设备的动力，使坯料在模具里经分离或变形，从而获得具有一定尺寸、形状和性能的产品零件的生产技术，也称冲压。 ☆ 分类：冷冲压（常温下进行，厚度＜8mm的板材）
热冲压（加热下进行，厚度＞8mm的板材）
☆ 冲压设备：剪床（下料）或冲床
剪床为冲床备料，将板料切成条料。
☆ 冲压生产的特点
※薄壁复杂零件，废料少
※零件精度高，粗糙度低，质量稳定，互换性好
※具有形变强化作用，零件强度、刚度好
※设备自动化程度高，操作简单，生产率高，零件成本低
☆ 缺点：冲压模具结构复杂，制造成本高，只适合大批量生产。
☆ 应用：广泛应用与汽车、拖拉机、飞机、导弹等。
☆冲压的基本工序：①分离工序：切断、冲裁、切口等
②变形工序：拉深、弯曲、翻边等
一、冲裁
☆定义：使坯料沿轮廓线分离的工序。
☆分类：落料、冲孔、切边、切口等。落料和冲孔应用最多。
★落料：被分离的部分为成品，而周边是废料。
★冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。
☆ 过程：1. 弹性变形 2.塑性变形 3.断裂分离
凸凹模间隙：凸凹模刃口同位尺寸缝隙的距离。
☆影响冲裁分离面质量：间隙合理，凸凹模刃口冲裁产生的裂纹重合，工件断面光洁，毛刺少
☆影响冲裁件尺寸精度、模具寿命和卸料力、推件力、冲裁力
●间隙大：冲裁件尺寸精度低
●间隙小：卸料力、推件力、冲裁力大；模具与料板的摩擦严重，模具寿命下降。
二 、弯曲
☆ 定义：利用模具或其他工具将板料、型材或管材弯成具有一定角度和圆角的塑性成形技术。
☆ 过程 见课本图2.67
☆ 最小弯曲半径 r=(0.25-1)t
☆ 弯曲时的回弹
定义：材料弯曲变形后，由于弹性变形的恢复，将使弯曲件的角度和弯曲半径与模具的尺寸和形状不一致的现象。
三、拉深
☆ 定义：利用模具将冲裁后得到的平板坯料压制成开口的空心零件，或将已制成的开口空心件毛坯制成其他形状空心零件的一种方法。
过程见课本125图2.69
☆ 变形特点：（图见课本2.70）
第一阶段：在冲头力作用下，平板毛坯逐渐被拉入凹模中，此时，与冲头端面相接触的部分毛坯Ⅰ区在拉深过程中始终保持平面状态，基本不变形或产生少量的塑性变形，这部分起到传递力的作用。把冲头对它的作用力传递给毛坯的圆筒侧壁，而其本身是双向受拉的应力状态。
第二阶段：圆筒侧壁Ⅱ在Ⅰ区传递的轴向拉力作用下被拉入凹模内部，发生变形，它是由Ⅲ区部分转化而成的。然后这个Ⅱ区也起着力的传递作用，把Ⅰ区传递的力传到平面法兰部分的Ⅲ 区。
第三阶段：Ⅲ区在径向拉力作用下不断被拉入凹模中。
☆ 拉深系数与拉深次数（图课本2.72）
※ 拉深系数m：拉深后零件的直径d与拉深毛坯直径D之比。
拉深系数是衡量变形程度的指标：越小，拉深件直径越小，变形程度越大。 ※ 拉深次数：拉深工序的次数。不宜过多，一般为4-5次。
四、翻边（课本图2.74 2.75）
☆ 定义：成形坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定的曲线翻成竖直
边缘的冲压工序。
☆ 分类：内孔翻边和外缘翻边
第三节 锻件结构工艺性分析
1. 自由锻件的结构工艺性
1）尽量避免锥体或斜面结构
锻造具有锥体或斜面的锻件，需制造专用工具，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率。
2）避免圆柱面与圆柱面相交
两圆柱体交接处的锻造很困难，应设计成平面与圆柱或平面与平面相接，消除空间曲线结构，使锻造容易进行。
3）避免椭圆形、工字形或其他非规则形状
4）避免加强筋和凸台等辅助结构，以便于减少余块和简化锻造工序
5）复杂零件可设计成简单件的组合体，可采用锻-焊，锻-螺纹连接
2. 自由锻工艺设计：
1）根据零件图绘制锻件图；
2）确定坯料质量和尺寸；
3）确定锻造工序；
4）选择锻压设备；
5）确定锻造温度范围，加热和冷却规范；
6）填写工艺卡片等工序
1 ）根据零件图绘制锻件图（如图2.104）
锻件图是在零件图基础上，考虑敷料、机械加工余量和锻件公差等因素绘制而成。 ① 敷料：为了简化锻件形状，以便进行锻件自由锻造而增加的这部分金属。 ② 机械加工余量：锻件加工表面增加供切削加工的余量。
③ 锻件公差：锻造过程中，由于锻造温度、锻压设备等因素影响，使得锻件实际尺寸允许有一定的误差，成为锻件公差。
④ 绘制锻件图：
● 锻件外形用粗实线，尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差
● 用点划线画零件的主要轮廓，在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。
2）. 确定坯料质量
M坯=（m锻件+m芯料+m料头）（1+δ’）
m坯：锻造前的毛坯质量
m锻件：锻造后的锻件质量
m芯料：冲孔芯料损失的质量
m料头：锻件拔长端部由于不平整而切除的料头质量，与锻件拔长后的直径D或截面宽度B和高度H有关。
圆形件： m料头=（1.65~1.8）D3
矩形件：m料头=（2.2~2.36）B2H
δ’:钢料加热烧损率，第一次加热为金属质量的2%-3%，以后各次加热取
1.5%-2%。
3）. 确定坯料尺寸
V坯=m坯/ρ
如第一步为墩粗：
4）确定锻造工序（表2.5）
锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑。
一般来说，盘类锻件以墩粗为主，轴杆类锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔（大孔还要进一步扩孔），弯杆少不了弯曲.
5）选择锻压设备
锤锻和液压机两种，根据变形面积、锻件材质和变形温度等因素确定。 锻压设备的吨位可以从相关手册查到。
6）确定锻造温度
锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。
始锻温度：为提高金属的塑性，降低变形抗力，减小锻造设备的吨位。在不出现过热和过少的前提下尽量提高始锻温度，使材料具有较好的塑性和较低的变形抗力，减少锻造次数。
自由锻工艺设计示例
齿轮零件为例。
材料为45钢，生产数量为20件，小批量生产，所以采用自由锻造。
1.设计、绘制锻件图
1）确定双边余量和公差
由表可查各个部位的双边余量和公差如下：
水平方向：12±5mm
高度方向：10±4mm
内孔：14±6mm
2）确定坯料水平尺寸
① 290+ 12±5=302±5mm
② 202+12±5=214±5mm
3）确定高度尺寸
① 18+ 10±4=28±4mm
② 52+10±4=62±4mm
4）确定内孔直径
145-14±±6=131±6mm
2. 确定变形工序
采用自用墩粗→垫环局部墩粗→冲孔→冲子扩孔
3. 计算原始坯料体积和尺寸
1）计算原始坯料体积
m坯=（m锻件+m芯料+m料头）（1+δ’）
m坯=（m锻件+m芯料）（1+δ’）
v坯=（v锻件+v芯料） （1+δ’）
而由锻件图通过立方体体积公式计算得到
v锻件=3202308mm3
而冲孔模的直径为60mm，冲孔后材料厚度为13mm，所以 v芯料=πd2h/4= π ×60 ×60 ×13/4=36738mm3
而δ’=3%，
所以，
v坯=（3202308+36738）（1+3%）=3336217mm3
2）原始坯料直径D0和高度H0
坯料直径：
计算得到D0=119~149.4mm，
取
D0=130mm 计算得到 H0=251mm
4 选择锻压设备吨位
G=（0.002~0.003）KS
=28kg
所以吨位取0.25t。
5 确定锻造温度
始锻温度为1200℃，终锻温度为800 ℃.
6 填工艺卡
7 工序名称
8 修整外圆
9 修整平面